“虛擬儀器”課程翻轉課堂教學探索

董浩斌　葛健

摘要：“虛擬儀器”是中國地質大學（武漢）自動化學院測控技術與儀器專業(yè)開設的專業(yè)選修課。本文擬結合“虛擬儀器”課程教學的內在規(guī)律及主要目的，將“翻轉課堂”這一創(chuàng)新教學理念應用到該課程，以期改變傳統(tǒng)教學中“以教師為中心”的模式，從而建立新的教學機制。

關鍵詞：虛擬儀器；測控技術與儀器；翻轉課堂

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）51-0145-02

一、課程概況

“虛擬儀器”是中國地質大學（武漢）自動化學院測控技術與儀器專業(yè)開設的專業(yè)選修課，該課程要求學生掌握虛擬儀器的概念和基礎知識，同時初步具備利用LabVIEW開發(fā)測控系統(tǒng)的能力，為將來利用虛擬儀器技術開發(fā)測控系統(tǒng)和儀器儀表奠定基礎，因此在整個本科教學體系中占有重要地位。

本文的主要目的是測控技術與儀器專業(yè)本科生來展開研究，并以專業(yè)課“虛擬儀器”為例來對該專業(yè)翻轉課堂教學的應用進行研究和探索，以期改變傳統(tǒng)教學中“以教師為中心”的模式，從而建立新的教學機制。

二、教學模型設計

翻轉課堂通過對知識傳授和知識內化的互換，從而改變了傳統(tǒng)教學模式中的師生角色定位。該方法最早由美國邁阿密大學的Lage在“經(jīng)濟學入門”的教學中采用[1，2]。本文對“虛擬儀器”課堂時間的使用進行重新規(guī)劃，以實現(xiàn)對傳統(tǒng)教學模式的革新[3，4]。通過信息技術，為“虛擬儀器”學習者構建出小組合作式的學習環(huán)境。為取得卓有成效的基于翻轉課堂的“虛擬儀器”的教學效果，本文首先構建了下圖所示的基于翻轉課堂的“虛擬儀器”閉環(huán)教學模型。該教學模型包括課前自主學習和課上的項目驅動式學習兩部分。在這兩個過程之中，虛擬儀器學習支持體系和項目合作小組是翻轉課堂學習環(huán)境創(chuàng)設的兩個有力杠桿，它們的順利開展能夠有力保證個性化小組協(xié)作式學習環(huán)境的構建與生成，同時是教師與學生間、學生與學生間互動的必要條件之一[5]。

在課前學習中。以觀看虛擬儀器教學微視頻、課前基本知識點練習為主。學生應首先通過上節(jié)課發(fā)布的微視頻進行知識點預習；為保證學生的注意力能夠集中到教學視頻上，每段視頻的時間控制在15分鐘以內。由于虛擬儀器教學以LabVIEW軟件為主要的軟件平臺，該軟件特別強調上機時間操作，因此擬在視頻教學完畢后，發(fā)布課前基本知識點上機練習題。在上述過程中，學生和教師可通過虛擬儀器QQ群進行在線互動，了解彼此之間的收獲與疑問，此外學生之間也能進行互動。對于課前練習的數(shù)量和難易程度，本課程通過開展實驗，以實現(xiàn)合理設計，來幫助學生利用舊知識完成向新知識的遷移過渡。全部完成后，練習題的源代碼在指定時間內由學生上傳至公共郵箱。

在課內學習中。首先，在課前小程序練習中的高頻錯誤點以及效果評價的基礎上，確定學生的薄弱知識環(huán)節(jié)與問題，對課內教學的知識點進行重難點調整與劃分，并展開統(tǒng)一教學。隨后，為學生提供獨立學習時間：由學生自由搭建學習小組，對教師發(fā)布項目進行合作研究，從而培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力。在指定時間內完成后，輪流由各個小組進行成果PPT匯報。

三、教學效果評價

在完成上述的閉環(huán)教學過程后，授課老師需要根據(jù)交流結果，進行課前和課內效果的評價，并再次根據(jù)評價效果對知識點進行梳理。虛擬儀器課程是測控技術與儀器專業(yè)本科生在學習智能儀器、傳感器技術、數(shù)字信號處理等課程后的一門專業(yè)選修課程，LabVIEW是目前國內外用途最廣的數(shù)據(jù)采集及分析處理軟件。通過該課程的學習使學生掌握虛擬儀器的概念和基礎知識，同時初步具備開發(fā)虛擬儀器的能力。教學評價的要點如下。

1.虛擬儀器及LabVIEW入門：主要介紹虛擬儀器發(fā)展現(xiàn)狀，如何初步建立一個LabVIEW文件。

2.LabVIEW程序結構：主要介紹循環(huán)結構、分支結構、順序結構及應用編程；重點：LabVIEW循環(huán)結構；難點：LabVIEW分支結構。

3.LabVIEW數(shù)據(jù)類型：主要介紹數(shù)據(jù)類型，數(shù)組、簇、波形的應用編程；重點：數(shù)組的應用編程；難點：數(shù)組、簇的調用與運算。

4.LabVIEW圖形顯示：主要介紹常用Graph控件、XY圖形控件、Chart控件以及圖形顯示控件的使用；重點：常用Graph控件的使用；難點：Graph控件與Chart控件的區(qū)分。

5.字符串和文件I/O：主要介紹字符串、文件I/O、字符串和文件I/O控件的作用；重點：字符串的應用編程；難點：利用文件I/O控件來進行文件的連續(xù)操作。

6.虛擬儀器數(shù)據(jù)采集：主要介紹信號的類型，虛擬儀器數(shù)據(jù)采集技術和LabVIEW中數(shù)據(jù)采集控件應用；重點：虛擬儀器數(shù)據(jù)采集程序架構的建立；難點：如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)的不丟包采樣。

7.虛擬儀器信號分析與處理初步：主要信號分析與處理概述、頻譜分析控件、數(shù)字濾波、LabVIEW中數(shù)據(jù)分析與處理控件使用及編程；重點：數(shù)字濾波器；難點：如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)濾波數(shù)據(jù)的轉換。

四、總結

本文針對在測控技術與儀器本科高年級學生的實踐性較強的專業(yè)課教學中，存在的難以實施因材施教、以教師為中心、互動交流不夠等問題，以“虛擬儀器”為例來對翻轉課堂教學進行探索與實踐。研究基于翻轉課堂的“虛擬儀器”閉環(huán)教學模型，并歸納總結了相應的教學效果評價要點。

參考文獻：

[1]McEvoy C S，Cantore K M，Denlinger L A N，et al.Use of medical students in a flipped classroom programme in nutrition education for fourth-grade school students[J].Health Education Journal，2016，75（1）：38-46.

[2]He W，Holton A，F(xiàn)arkas G，et al.The effects of flipped instruction on out-of-class study time，exam performance，and student perceptions[J].Learning and Instruction，2016，（45）：61-71.

[3]馬秀麟，趙國慶，鄔彤.大學信息技術公共課翻轉課堂教學的實證研究[J].遠程教育雜志，2013，（1）：79-85.

[4]鐘曉流，宋述強，焦麗珍.信息化環(huán)境中基于翻轉課堂理念的教學設計研究[J].開放教育研究，2013，1（2）.

[5]張金磊，王穎，張寶輝.翻轉課堂教學模式研究[J].遠程教育雜志，2012，4（4）：46-51.